Egy új felfedezés olyan áramkörök gyártása előtt nyithatja meg az utat, melyek képesek – a másodperc töredéke alatt – saját vezetőpályáik sérüléseit kijavítani. Az Illinois-i Egyetem kutatómérnökei, akik az öngyógyító polimerek fejlesztése során kidolgozott ötleteiket próbálták ki az elektronikában, azt mondják, a megoldás az űrkutatásban vagy a mai hordozható készülékekben és elektromos autókban dolgozó akkumulátorokban lenne elsőként bevethető.
Az Advanced Materials szaklapban december végén publikált eljárás kifejlesztését az motiválta, hogy az egyre bonyolultabbá váló és egyre kisebb áramkörökben a nagy hőingadozás vagy anyagfáradás miatt fellépő elektromos hibák javítása gyakorlatilag megoldhatatlan. Ha egy komplex, többrétegű áramköri lapon vagy egy chipben a vezetőpálya megszakad, jellemzően csak az alkatrész cseréje jöhet szóba megoldásként. „Általában nincs sok lehetőség a kézi javításra, gyakran nem is lehet az áramkör belsejéhez hozzáférni. Ez igaz az akkumulátorokra is: azokat sem lehet szétszedni, és megkeresni a hiba forrását” – magyarázta Nancy Sottos, a csapatot vezető anyagtudomány-professzor. Vannak ugyanakkor olyan felhasználási területek is, ahol az alkatrészcsere sem kivitelezhető: például a műholdak vagy űrjárművek esetében.
E területek láthatják nagy használt az öngyógyító áramköröknek. A kidolgozott eljárás elvben egyszerű: a vezetőrétegekre, vezetőpályákra folyékony fémet, alacsony olvadáspontú és jó vezetőképességű gallium-indium keveréket tartalmazó mikrokapszulákat szórnak. Ott, ahol a vezeték sérül, a kapszulák maguktól megrepednek, és a kifolyó fém helyreállítja a megszakadt elektromos áramot.
A megépített prototípusokban 0,01, illetve 0,2 milliméter átmérőjű kapszulákat helyeztek a vezetőre. A hajlítással megtört vezetéket az ezekből kifolyó fém a próbák során 90 százalék feletti hatékonysággal néhány mikroszekundum alatt „meggyógyította”. A kutatók négy hónapot át monitorozták a javított áramköröket, és azt tapasztalták, hogy a hatás tartós, a vezetőképesség nem romlott.
A megoldást a kidolgozói az űrkutatás mellett az akkumulátorok élettartamának növelésében látják bevethetőnek. Ezek teljesítménye a használat során keletkező mikrorepedések miatt romlik idővel, melyek akadályozzák az elektronok áramlását. Az öngyógyító vezetőkkel ez a probléma kiküszöbölhető lenne: olyan akkukat lehetne gyártani, melyek évekkel tovább működőképesek, mint a maiak.
A kutatók azt mondják: az eljárás az integrált áramkörökben is működhet, de a 10 és 200 mikron méretű kapszulák értelemszerűen túl nagyok ahhoz, hogy korszerű gyártástechnológiával előállított chipekbe be lehessen ültetni őket, és az sem világos, hogy miként lenne beilleszthető a kapszulázás a bejáratott félvezető-gyártási folyamatba.
